12m跨6m寬棧橋設(shè)計(jì)

1、珠海市金港路橫琴北段（橫琴二橋）工程二標(biāo)跨中心溝及橫琴互通水域棧橋設(shè)計(jì)計(jì) 算 書設(shè) 計(jì) : 復(fù) 核 : 審 批 : 中交四公局珠海橫琴二橋二標(biāo)總項(xiàng)目經(jīng)理部 二0一三年八月目 錄一、工程概況1二、設(shè)計(jì)依據(jù)1三、支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1四、棧橋邊界條件4五、棧橋荷載5六、結(jié)果分析7七、貝雷支架鋼管樁設(shè)計(jì)16八、吊裝偏載計(jì)算18九、鋼管柱間剪刀撐及平聯(lián)焊縫驗(yàn)算18跨中心溝及橫琴互通水域棧橋設(shè)計(jì)一、工程概況南引橋K6+565K7+757段跨越中心溝水道，其中92#97#墩位于該水道中，該段橋梁設(shè)計(jì)為大挑臂展翅現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋幅全寬33.5m，跨徑50m。橫琴互通B匝道橋BK0+353.173BK0+434.17

2、3段、C匝道橋CK0+330.408CK0+519.408段跨越橫琴互通西側(cè)圍海造塘水域，其B匝道橋第B9#B11#墩、C匝道橋第C7#C14#墩位于該水域內(nèi)，該段橋梁設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋幅全寬10.5m，跨徑27m。為完成跨中心溝水道南引橋及橫琴互通水中橋梁施工，需在中心溝水道南引橋左側(cè)、橫琴互通水域B匝道橋右側(cè)、C匝道橋左側(cè)搭設(shè)棧橋作為設(shè)備物資運(yùn)輸及人員通道，棧橋設(shè)計(jì)跨度12m，寬6m，跨中心溝水道棧橋中線距離新橋設(shè)計(jì)中心線23m，棧橋長204m，共計(jì)17跨，跨橫琴互通西側(cè)水域棧橋中線距離新橋設(shè)計(jì)中心線10.5m，棧橋長231m，共計(jì)18跨。橋位區(qū)域?qū)賴ｎA(yù)留水道及圍海造塘地貌，地層巖性

3、為淤泥、黏土、淤泥質(zhì)粘土、粗砂、礫質(zhì)黏土，下伏基巖為燕山期花崗巖，淤泥層厚2040m，主要為海相沉積和海陸交互相沉積淤泥、淤泥質(zhì)土，厚度分布不均勻，土質(zhì)軟，飽和，呈軟塑至流塑狀，靈敏度高、強(qiáng)度低、觸變性高，為完成橋梁施工，需在中心溝水道主線左側(cè)及橫琴互通主線右側(cè)水域搭設(shè)棧橋作為設(shè)備物資運(yùn)輸及人員通道，棧橋采用樁柱式貝雷梁支承體系。二、設(shè)計(jì)依據(jù)1、珠海橫琴二橋南引橋及互通匝道橋施工圖、工程地質(zhì)勘察報(bào)告2、公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)3、公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ025-86）4、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）5、公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTG B01-200

4、3)6、路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTGT F50-2011）7、路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD63-2007）三、支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、棧橋結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)棧橋設(shè)計(jì)跨度12m，寬6m，采用樁柱式貝雷梁支承體系，該棧橋結(jié)構(gòu)采用MIDAS/CIVIL 建立空間桿系有限元分析模型，跨中心溝棧橋長204m，共計(jì)17跨，按連續(xù)梁設(shè)計(jì)，取3跨建立棧橋模型如圖1“三跨12m跨棧橋計(jì)算模型整體圖”，橫琴互通水域棧橋231m，共計(jì)18跨，其中C匝道橋棧橋4×12m+2×12m+2×12m+2×12m+2×12m,共計(jì)12跨，B匝道橋棧橋21×12m+2×

5、;12m+2×12m,共計(jì)6跨，因互通匝道橋曲線半徑較小，棧橋分聯(lián)按折線布置,各折線段按連續(xù)梁設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)折處設(shè)置鋼管格構(gòu)墩，取2跨建立棧橋模型如圖2“兩跨12m跨棧橋計(jì)算模型整體圖”。2、棧橋鋼管樁基礎(chǔ)棧橋鋼管樁基礎(chǔ)選用A3鋼P(yáng)630×8mm鋼管，鋼管樁縱向間距12m，橫向間距為4.5m，鋼管樁根據(jù)計(jì)算模型分析所得鋼管柱支承反力確定鋼管樁單樁承載力，再結(jié)合地質(zhì)情況計(jì)算鋼管樁沉入土層深度，詳見“七、棧橋鋼管樁設(shè)計(jì)”。為使樁能承受巨大的錘擊應(yīng)力，在鋼管接口外圈貼焊加強(qiáng)鋼板，鋼管樁與鋼管柱設(shè)置連接鋼板及加勁肋。圖1 三跨12m跨棧橋計(jì)算模型整體圖圖2 兩跨12m跨棧橋計(jì)算模型整體圖

6、3、棧橋臨時(shí)墩棧橋臨時(shí)墩（鋼管立柱）均采用A3鋼P(yáng)630×8mm鋼管 ，鋼管柱間設(shè)置橫向平聯(lián)及剪刀撐，平聯(lián)及剪刀撐均采用A3鋼C160x63x6.5/10，柱頂支承梁采用A3鋼雙I45b型鋼，中心溝棧橋每56跨設(shè)置一制動(dòng)墩，詳見圖3“跨中溝棧橋制動(dòng)墩模型圖”，橫琴互通匝道橋轉(zhuǎn)折處設(shè)置格構(gòu)臨時(shí)墩，即在轉(zhuǎn)折處的兩排臨時(shí)墩間設(shè)置平聯(lián)及斜撐，如圖4 “橫琴互通鋼管格構(gòu)墩模型圖”，轉(zhuǎn)折處格構(gòu)臨時(shí)墩柱頂支承梁采用A3鋼雙I45b型鋼，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)取最不利狀況（單排墩受力狀況）進(jìn)行強(qiáng)度剛度及穩(wěn)定性分析。圖3 跨中溝棧橋制動(dòng)墩模型圖 圖4 鋼管格構(gòu)墩模型圖4、棧橋支承縱梁樁柱式貝雷支架采用國產(chǎn)定型貝雷

7、片、支撐架及其附件拼裝成縱向承重梁，貝雷片采用16Mn鋼制作，支撐架采用A3鋼制作，貝雷梁單層設(shè)置，6排、間距90+135+90+135+90cm，貝雷梁頂布置橫橋向A3鋼I25b工字鋼做分配梁，間距約1.5m，橫向分配梁頂布置縱橋向A3鋼I12工字鋼做縱向分配梁，間距約0.3m，因格構(gòu)臨時(shí)墩轉(zhuǎn)折處橫向分配梁間距過大（最大間距達(dá)2.7），該位置采用A3鋼I20a工字鋼做縱向分配梁，縱向分配梁頂均布置厚8mm壓花鋼板做橋面板。5、 3跨（36m）棧橋材料用量（見表1）表1 3跨（36m）棧橋材料用量表 截面號 截面名 料名 規(guī)格 容重（KN/m3） 長度（mm） 重量（KN） - - - - -

8、 - - - - - - -1 弦桿 16Mn 國標(biāo) 7.698e-008 4.320e+005 8.353e+001 2 腹桿 16Mn 國標(biāo) 7.698e-008 8.747e+005 6.137e+001 3 支撐架 A3 國標(biāo) 7.698e-008 3.443e+005 1.320e+001 4 橫向分配梁 A3 I250x118x10/13 7.698e-008 1.500e+005 6.179e+001 5 縱向分配梁 A3 I12 7.698e-008 7.182e+005 8.127e+0016 支承梁 A3 I45b 7.698e-008 2.400e+004 4.087e+

9、001 7 鋼管柱 A3 P630×8mm 7.698e-008 6.400e+004 7.702e+0018 剪刀撐及平聯(lián) A3 C160x63x6.5/10 7.698e-008 5.740e+004 9.698e+0009 貝雷梁聯(lián)系剪刀撐 A3 C 8.0 7.698e-008 1.362e+005 1.074e+001 10 橋面板 A3 8mm厚鋼板 7.698e-008 1.261e+002- 合計(jì): 5.656e+002備注：不含鋼管樁材料用量，貝雷片72片，90cm支撐架45片。四、棧橋邊界條件棧橋設(shè)計(jì)模擬支架實(shí)際邊界情況及不同梁單元、桁架單元之間荷載傳遞情況，分部

10、位做出不同的邊界約束條件、單元之間的釋放梁端約束、接剛性連接、彈性連接，棧橋邊界條件設(shè)置如圖5“三跨棧橋支架邊界條件及連接設(shè)置圖”，兩跨連續(xù)梁模型邊界條件及連接設(shè)置同三跨連續(xù)梁。圖5 棧橋支架邊界條件及連接設(shè)置圖五、棧橋荷載1、恒荷載添加自重荷載MIDAS/CIVIL軟件可以根構(gòu)件的實(shí)際重量自動(dòng)添加，自重按照恒荷載工況添加后和其他施工荷載組合計(jì)算。2、移動(dòng)荷載添加工況一：履帶吊荷載作用在跨中，按照50t 履帶吊，吊重20t，考慮1.1 的沖擊系數(shù)，總荷載為77t，履帶吊履帶中心距為3.6m（邊到邊為4.3m）的均布荷載，荷載寬度為0.7m,單條履帶橫向由三條縱向分配梁承受，長度為5m，每條工字

11、鋼承受的均布荷載大小為770÷2÷3÷5=25.67KN/m；汽車等級為公路-I級，按一個(gè)車道布置，公路-I級車輛荷載主要技術(shù)指標(biāo)如下表2“車輛荷載主要技術(shù)指標(biāo)”，車輛荷載按后軸荷載作用在跨中位置開始依次加載后軸、中軸及前軸重力標(biāo)準(zhǔn)值，詳見圖6“工況一三跨連續(xù)梁棧橋移動(dòng)荷載加載圖”，工況一主要用于驗(yàn)算棧橋梁部在最不利結(jié)構(gòu)受力狀況下結(jié)構(gòu)的安全性及適應(yīng)性。工況二：履帶吊荷載作用在鋼管排架墩位置，按照50t 履帶吊，吊重20t，考慮1.1 的沖擊系數(shù)，總荷載為77t，履帶吊履帶中心距為3.6m（邊到邊為4.3m）的均布荷載，荷載寬度為0.7m,單條履帶橫向由三條縱向分配

12、梁承受，長度為5m，每條工字鋼鋼承受的均布荷載大小為770÷2÷3÷5=25.67KN/m；汽車等級為公路-I級，按一個(gè)車道布置，車輛荷載按后軸荷載作用在跨中位置開始依次加載后軸、中軸及前軸重力標(biāo)準(zhǔn)值，詳見圖7“工況二三跨連續(xù)梁棧橋移動(dòng)荷載加載圖”，工況一主要用于驗(yàn)算棧橋鋼管排架墩在最不利結(jié)構(gòu)受力狀況下結(jié)構(gòu)的安全性及適應(yīng)性，確定鋼管排架墩墩單樁承載力要求。工況三：同工況一的第一、二跨荷載布置。工況四：同工況二的第一、二跨荷載布置。圖6 工況一：三跨連續(xù)梁棧橋移動(dòng)荷載加載圖 圖7 工況二：三跨連續(xù)梁棧橋移動(dòng)荷載加載圖表2 車輛荷載主要技術(shù)指標(biāo)5、荷載組合NUM NA

13、ME ACTIVE TYPELOADCASE(FACTOR) + LOADCASE(FACTOR) + LOADCASE(FACTOR)1 sLCB1 承載能力 相加 自重( 1.000) + 移動(dòng)工況( 1.000)2 sLCB2 使用性能 相加 自重( 1.000) + 移動(dòng)工況( 1.000)六、結(jié)果分析1、鋼管樁柱式貝雷棧橋強(qiáng)度分析1）縱向分配梁強(qiáng)度圖8 工況一：縱向分配梁組合應(yīng)力圖圖9 工況一：縱向分配梁剪應(yīng)力圖縱向分配梁采用A3鋼、I12工字鋼制作，間距約0.3m，頂鋪厚8mm壓花鋼板，建模加移動(dòng)荷載時(shí)，未考慮壓花鋼板對荷載的分配作用（偏安全），移動(dòng)荷載直接加在縱向分配梁上，最大拉

14、應(yīng)力出現(xiàn)在汽車后輪作位置，縱向分配梁最組合應(yīng)力156MPa，略大于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力145 MPa，最大剪應(yīng)力55.9MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力85 MPa，可以接受。2）貝雷梁強(qiáng)度圖10 工況一：三跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁弦桿組合應(yīng)力圖圖11 工況三：兩跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁弦桿組合應(yīng)力圖圖12 工況三：兩跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁弦桿剪應(yīng)力圖弦桿采用16mMn鋼制作，工況三弦桿最大組合應(yīng)力144.3MPa于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力210 MPa，最大剪應(yīng)力83.0MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力120MPa。圖13 工況一：三跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁腹桿組合應(yīng)力圖圖14 工況四：兩跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁腹桿組合應(yīng)力圖腹桿采用16

15、mMn鋼制作，工況四腹桿最大組合應(yīng)力214.7MPa，略大于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力210 MPa，但為超過5%，可以接受。3）橫向分配梁強(qiáng)度圖15 工況一：橫向分配梁組合應(yīng)力圖橫向分配梁采用A3鋼制作，最大壓組合力57.1MPa小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力145 MPa。4）柱頂支承梁強(qiáng)度圖16 工況二：頂支承梁組合應(yīng)力圖圖17 工況四：頂支承梁組合應(yīng)力圖柱頂支承梁采用A3鋼制作，最大組合應(yīng)力64.5 MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力145 MPa。 5）鋼管柱強(qiáng)度圖18 工況二：鋼管柱組合應(yīng)力圖圖19 工況四：鋼管柱組合應(yīng)力圖鋼管柱采用A3鋼制作，工況四鋼管柱最大壓組合應(yīng)力77.6 MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)

16、力145 MPa。6)跨中心溝棧橋制動(dòng)墩支承梁強(qiáng)度圖20 工況二：制動(dòng)墩支承梁組合應(yīng)力圖制動(dòng)墩支承梁采用A3鋼制作，工況四制動(dòng)墩支承梁最大壓組合應(yīng)力112.2 MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力145 MPa。7）橫琴互通棧橋轉(zhuǎn)折處縱向分配梁強(qiáng)度圖21 履帶吊荷載作用轉(zhuǎn)折處縱向分配梁組合應(yīng)力圖圖22 汽車荷載作用轉(zhuǎn)折處縱向分配梁組合應(yīng)力圖橫琴互通棧橋轉(zhuǎn)折處（鋼管格構(gòu)墩位處）橋面板縱向分配梁強(qiáng)度驗(yàn)算取計(jì)算跨徑取3m，分履帶吊荷載及汽車荷載兩種荷載在作用情況，荷載計(jì)算同工況一、工況二情況，分別算得每條縱向分配梁（I20a工字鋼）承受的均布荷載大小為770÷2÷3÷5=25.

17、67KN/m；汽車后軸作用在工字鋼上的節(jié)點(diǎn)荷載為140/4=35KN。橫琴互通棧橋轉(zhuǎn)折處縱向分配梁采用A3鋼制作，縱向分配梁最大壓組合應(yīng)力122.7MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力145 MPa。2、鋼管樁柱式貝雷棧橋剛度分析1）貝雷梁剛度圖23 工況一：三跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁豎向位移圖貝雷梁最大位移12.3mm，小于規(guī)范規(guī)定的30mm（L/400，對應(yīng)L=12m），剛度滿足要求。圖24 工況三：兩跨簡支棧橋貝雷梁豎向位移圖工況一、貝雷梁最大位移12.3mm，小于規(guī)范規(guī)定的30mm（L/400，對應(yīng)L=12m），剛度滿足要求。2）橫琴互通棧橋轉(zhuǎn)折處縱向分配梁剛度圖25 汽車荷載作用轉(zhuǎn)折處縱向分配梁豎

18、向位移圖汽車荷載作用轉(zhuǎn)折處縱向分配梁豎向最大位移6.0mm，小于規(guī)范規(guī)定的7.5mm（L/400，對應(yīng)L=3m），剛度滿足要求。3、 鋼管樁柱式貝雷支架穩(wěn)定性分析由于貝雷梁結(jié)構(gòu)之間采用制式構(gòu)件連接，保證穩(wěn)定性滿足要求可以不進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，棧橋穩(wěn)定性分析主要在于鋼管排架柱。工況二、中間鋼管立柱支承梁節(jié)點(diǎn)反力從左至右依次為131.1KN、207.0KN、164.1KN、149.5KN、207.3KN、174.4KN；工況四、中間鋼管立柱支承梁節(jié)點(diǎn)反力從左至右依次為142.3KN、213.8KN、175.3KN、161.3KN、219.2KN、185.8KN，如圖26所示。 圖26 工況二、工況四：

19、鋼管排架柱支承梁節(jié)點(diǎn)反力圖圖27 工況二：鋼管排架柱一階失穩(wěn)模態(tài)圖圖28 工況四：鋼管排架柱一階失穩(wěn)模態(tài)圖工況四、一階失穩(wěn)臨界荷載系數(shù)為10.9，說明結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性符合要求，構(gòu)件穩(wěn)定性及連接件強(qiáng)度驗(yàn)算，可以通過提取對應(yīng)內(nèi)力，結(jié)合規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。表3 工況二、鋼管排架柱屈曲分析臨界荷載系數(shù)表4 工況四、鋼管排架柱屈曲分析臨界荷載系數(shù)七、貝雷支架鋼管樁設(shè)計(jì)1、鋼管樁單樁承載力計(jì)算鋼管樁單樁承載力要求根據(jù)棧橋柱底反力乘相應(yīng)的提高系數(shù)確定，工況二、最大樁端反力為550.4KN，工況四最大樁端反力為580.3KN，如按1.1的提高系數(shù)，則要求單樁最大承載力為1.1×580.3KN=638.3KN。圖29 工況二：樁柱式貝雷棧橋柱底反力圖圖30 工況四：樁柱式貝雷棧橋柱底反力圖2、鋼管樁長度計(jì)算鋼管樁理論長度按公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD63-2007第-3條結(jié)合地質(zhì)資料計(jì)算確定，淤泥層qik=15KPa,qrk=60KPa, 黏土層qik=60KPa,qrk=180KPa,實(shí)際樁長按錘擊荷載現(xiàn)場確定。理論計(jì)算樁長（不含立柱長度），樁埋入淤泥段長25m，黏土段長4m，Ra=0.5*（*0.63*25*15+*0.63*4*60+*0.3152*180）=636.66KN。理論計(jì)算樁長29m，不含河床面以上立柱長度。八